Một lò xo có chiều dài tự nhiên l 0 = 37 c m , độ cứng K = 100 N/m, khối lượng không đáng kể. Vật m = 400g được gắn vào một đầu của lò xo. Đưa vật lên độ cao h = 45 cm so với mặt đất (lò xo ở dưới vật và có phương thắng đứng) rồi thả nhẹ cho vật và lò xo rơi tự do. Giả sử khi lò xo chạm đất thì đầu dưới của lò xo được giữ chặt và vật đao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Lấy g = 10 m / s 2 . Biên độ dao động của vật là
A. 5 2 c m
B. 4 5 c m
C. 20cm
D. 8cm
Chọn đáp án B
Chọn gốc thế năng là mặt đất
+ Xét thời điểm t 1 khi vật m cách mặt đất 45cm ta có thế năng trọng trường của vật là:
W t 1 = m g h = 0 , 4.10.0 , 45 ( J )
+ Xét thời điểm khi mà vật nén lò xo cực đại lần đầu tiên từ sau khi thả rơi, ta có vật ở độ cao h 1 với
l 0 = h 1 + A + Δ l 0 ⇒ h 1 = 0 , 37 − Δ l 0 − A
Lại có Δ l 0 = m g k = 0 , 04 ( m ) ⇒ h 1 = 0 , 33 − A ( m )
Vì khi xuống vị trí thấp nhất, vận tốc của vật bằng 0 nên cơ năng tại thời điểm đó bằng tổng thế năng đàn hồi cộng thế năng trọng trường tại vị trí đó
W = k ( Δ l 0 + A ) 2 2 + m g h
Mà W t 1 = W ⇒ A = 4 5 ( c m )